專利名稱：縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體微影工藝，特別是一種縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝。
半導(dǎo)體的工藝一般區(qū)分為四個模塊(module)，包括擴散(diffusion)、蝕刻(etching)、薄膜(thin film)與黃光(photo)，其中的黃光就是負(fù)責(zé)微影工藝，主要的工作就是將光罩(mask)上的圖案轉(zhuǎn)移到芯片上，以為蝕刻工藝提供良好的蝕刻圖案，或是為薄膜工藝提供良好的摻雜(implant)圖案，因此，微影工藝質(zhì)量的好與壞，直接控制著半導(dǎo)體工藝的優(yōu)與劣。
在微影工藝中，曝光機所提供的分辨率與光源波長λ之間的關(guān)系可以用下列關(guān)系式表示R＝K1λ/NA其中，K1是與光阻材料及工藝條件相關(guān)的一個常數(shù)，而NA則是曝光機鏡片系統(tǒng)的數(shù)值孔隙(numerical aperture，NA)的數(shù)值。由上述關(guān)系式可以得知，當(dāng)曝光機所使用的光源波長λ越短時，整個曝光機所提供的最低解析能力就越小。而當(dāng)曝光機鏡片系統(tǒng)的NA值越大時，同樣的整個曝光機所提供的最低解析能力就越小。為使光罩上的圖案可以完全且精確的轉(zhuǎn)移到光阻層上，因此曝光機投射到光阻層上的圖案，必須具備一定的聚焦深度(depth of focus，DOF)，使整個光阻層，不論是在接近光阻層的表面端或是接近芯片端，都能有相同的聚焦效果。一般而言，以DOF來表示曝光機所提供的聚焦深度，可以量化為以下關(guān)系式DOF＝K2λ/(NA)2然而，為了使曝光機的聚焦深度增加，光源的波長應(yīng)該是越長越好，曝光機鏡片系統(tǒng)的NA值也是越小越好，但此結(jié)果與分辨率的要求相抵觸。
隨著集成電路的集成度越來越高，光罩圖案的密度越來越高，位線、字符線甚至摻雜區(qū)以及電容器的線距寬(pitch)也越來越小。因此必須提高曝光機的分辨率來轉(zhuǎn)移較精細(xì)的圖案，然而，提高曝光機的分辨率，就會損失聚焦深度。反之，為得到良好的圖案轉(zhuǎn)移效果，提高聚焦深度，則會使分辨率降低。
因此，當(dāng)半導(dǎo)體進入深次微米(deep sub-micron)尺寸工藝時，為兼顧聚焦深度與分辨率，就提高了微影工藝的困難程度，且降低了微影工藝設(shè)備的使用壽命。另外還有，公知技術(shù)為解決上述的困難，額外增加許多微影工序以及平坦化處理，而產(chǎn)生制造成本提高的問題。
對于現(xiàn)在日新月異的半導(dǎo)體技術(shù)而言，提高集成度一直是眾人追求的目標(biāo)，所以如何開發(fā)線寬更低的工藝技術(shù)，已是諸多尖端技術(shù)人員目前努力的課題。在開發(fā)關(guān)鍵尺寸(critical dimension，CD)更小、集成度(integration)更高的工藝技術(shù)中，微影工藝(photolithography)是重要的關(guān)鍵步驟之一。由于曝光光源的選擇及聚焦深度的限制，使微影的分辨率(resolution)受到局限。
然而，在微影工藝中，曝光的分辨率(resolution)及聚焦深度(depth offocus，DOF)是微影品質(zhì)的重要指針。由于半導(dǎo)體集成度的增加需要更高的分辨率，解決的方法之一就是使用波長較短的光源。比如使用由KrF激光所發(fā)出的波長為2480的深紫外線作為曝光光源。以KrF激光所發(fā)出的波長為2480的深紫外光為光源來說，雖然波長越短其分辨率會越好，但聚焦深度會相對的變差，且工藝裕度(process window)亦較窄。因此，近年來常利用相移式光罩(phase shifting mask；PSM)的微影技術(shù)來獲得較好的分辨率。
相移式光罩(PSM)的基本原理是利用在傳統(tǒng)的光罩上，增加一些相移層(shifter layer)，借著相移層在曝光時所產(chǎn)生的正反相干涉，使曝光機投射在芯片上的影像圖案有較好的分辨率，其優(yōu)點在于不需要使用新的光源，只要對光罩進行修改就可以提升曝光的解析能力。因此，為了改善傳統(tǒng)光罩的繞射現(xiàn)象，目前在晶圓的微影工藝上，常利用相移式光罩(PSM)提高微影工藝中圖案轉(zhuǎn)移的分辨率。而一般常用的相移式光罩可分為兩種，分別為強相移式光罩(strong PSM)與弱相移式光罩(weak PSM)。
其中，在強相移式光罩的制作中，為了避免蝕刻所產(chǎn)生的粒子掉落在開口暴露出的石英板上，使得暴露出的石英板表面嚴(yán)重地凸出，而在光透過開口暴露出的石英板時引起相缺陷(phase defect)的問題，在蝕刻石英板時需經(jīng)過多次的蝕刻步驟。因此，每次的蝕刻工序都會使存在于開口上的粒子逐漸變小，所以相缺陷可由此而獲得改進。然而，在制作石英板的開口中卻增加了微影、曝光、顯影以及蝕刻工序的次數(shù)，不僅增加了制造成本，同時亦耗費了大量的制作時間(cycletime)，極不符合經(jīng)濟效益。
再者，開口在經(jīng)過蝕刻后，石英板暴露出的表面較不平整，使光在透過時，也會造成散射(scatter)的現(xiàn)象，導(dǎo)致光在透過開口后的強度(intensity)不均。而當(dāng)使用此強相移式光罩在進行微影工藝時，光罩透光強度的不均勻性將使光阻的形狀不對稱，進而造成半導(dǎo)體組件尺寸上的誤差。除此之外，使用強相移式光罩也存在光罩在設(shè)計、制作與修補上較為困難等問題。
另外，使用弱相移式光罩所產(chǎn)生的問題在于當(dāng)光罩轉(zhuǎn)移到與光阻的開口圖案十分靠近時，便經(jīng)常會發(fā)生邊葉效應(yīng)(sidelobes effect)。
邊葉效應(yīng)主要是由于光繞射的緣故，致使在開口邊緣相對應(yīng)的光阻上所受的光強度相對較大，所以在開口周圍會有一圈光阻也受到曝光，這就是邊葉效應(yīng)。而邊葉效應(yīng)將致使相對應(yīng)的光阻部分溶解，導(dǎo)致光阻厚度減少，造成抵抗蝕刻的能力降低，進而致使后續(xù)工序會因此而發(fā)生過度蝕刻、連線導(dǎo)通不好等問題。
此時若為了減輕邊葉效應(yīng)而減少曝光量，則可能會有曝光不足的情況發(fā)生。故若要顧及曝光量，開口周圍又會發(fā)生邊葉效應(yīng)，造成工藝上一個兩難的局面。
有鑒于此，本發(fā)明提出一種縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝，其利用兩個不同的線/間距光罩(line/space mask)，將長度與寬度彼此不同的線形圖樣影像相互交錯垂直所形成的接觸窗開口圖案，經(jīng)由曝光而移轉(zhuǎn)到一基材上。而在不需使用復(fù)雜的光罩與特殊的曝光技術(shù)的情形下，可以達到減小接觸窗開口的關(guān)鍵尺寸的目的。
由于在相同的K1值下，即相同的分辨率下，利用公知的單一光罩制作接觸窗開口圖案的困難程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于線/間距光罩。所以本發(fā)明提出一種接觸窗開口的微影工藝，包括下列步驟提供一涂布有負(fù)光阻的芯片；經(jīng)曝光后，將第一線/間距光罩的第一圖案影像投影于負(fù)光阻上；之后，再重復(fù)曝光，將第二線/間距光罩之第二圖案影像投影于負(fù)光阻上，其中第一圖案影像與第二圖案影像相互交錯垂直，以在負(fù)光阻上形成一接觸窗開口圖案；接著，芯片經(jīng)顯影后，在負(fù)光阻上形成接觸窗開口圖形。
本發(fā)明提出一種縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝，就是將長度與寬度彼此不同的線形圖樣影像相互交錯垂直所形成的接觸窗開口圖案在使用一預(yù)定曝光源或一預(yù)定電價粒子束移轉(zhuǎn)到一預(yù)定基材上。此方法包括下列步驟利用一第一光罩產(chǎn)生一第一圖案，其中第一圖案為彼此平行的線形構(gòu)形，及利用一第二光罩產(chǎn)生一第二圖案，其中第二圖案為彼此平行的線形構(gòu)形；將第一圖案及第二圖案相互交錯垂直的一影像重復(fù)曝光投影在一基材上以轉(zhuǎn)印此影像至其上，其中基材被一負(fù)光敏性材料涂覆；顯影基材，以在負(fù)光敏性材料上形成所需的接觸窗開口圖形。
本發(fā)明是為一種提供涂布有負(fù)光阻的芯片，利用兩個不同線/間距光罩的線形圖案相互交錯垂直形成一接觸窗開口圖案以制作接觸窗開口的微影工藝?？扇〈夹g(shù)芯片上涂布正光阻，利用單一光罩制作接觸窗開口圖案的困難的微影工藝，而得以增加工藝裕度及縮小接觸窗開口尺寸。
本發(fā)明是利用兩個不同線/間距光罩的線形圖案在重復(fù)曝光后相互交錯垂直，獲得相互組合而成的接觸窗開口圖案，而得以在負(fù)光阻層上形成所需的接觸窗開口圖形。由于本方法可精確地控制線/間距光罩的線距寬，因而可降低接觸窗開口的關(guān)鍵尺寸。所以，本發(fā)明的縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝可以避免因組件集成度的增加，在工藝上所造成的困難與限制。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，特舉一較佳實施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下

圖1是接觸窗開口圖案；圖2A和圖2B分別是形成圖1所示的接觸窗開口圖案的第一線/間距光罩與第二線/間距光罩的示意圖；圖3是依照本發(fā)明一較佳實施例，一種縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝的流程圖；圖4A至圖4D是依照本發(fā)明一較佳實施例，一種縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝的制造流程剖面示意圖。
其中，部件和附圖標(biāo)記伐分別為100、400芯片102接觸窗開口圖案200透明底材202、204遮蔽層203第一線/間距光罩205第二線/間距光罩402縱向曝光區(qū)域404縱向光阻區(qū)域406橫向曝光區(qū)域408橫向光阻區(qū)域410裸露區(qū)412格狀光阻圖案414接觸窗開口區(qū)域圖1為接觸窗開口圖案，圖2A和圖2B分別是形成圖1所示的接觸窗開口圖案的第一線/間距光罩與第二線/間距光罩示意圖。
光罩是微影工藝中用來提供線路圖案轉(zhuǎn)移的主要工具，故而其在集成電路的工藝中扮演著極為重要的角色。光罩的主體是由平坦的透明底材所構(gòu)成，而半導(dǎo)體組件各層的圖案，則是在透明底材的表面上覆蓋一層遮蔽層來形成。
請同時參照圖1、圖2A與圖2B，典型的光罩是以玻璃或石英作為透明底材200，而在底材200上形成一層用來形成圖案的遮蔽層202。其中，遮蔽層202的材質(zhì)包括鉻，厚度約為數(shù)百埃()左右，且石英板200上具有鉻膜202覆蓋的部份是光不能透過的部分。遮蔽層202(不透光區(qū))的形成方法系在透明底材200上覆蓋一層金屬層，然后，再通過圖案定義，用裸露出部份的透明底材200(透光區(qū))，形成如圖2A所示的第一線/間距光罩203。其中，第一線/間距光罩的遮蔽層202(不透光區(qū))與裸露出部份的透明底材200(透光區(qū))為彼此平行的線形構(gòu)形。
接著，再在另一用玻璃或石英為材質(zhì)的透明底材200上形成一層用以形成圖案的遮蔽層204。其中，遮蔽層204的材質(zhì)包括鉻，厚度約為數(shù)百埃()左右，且石英板200上具有鉻膜204覆蓋的部份是光不能透過的部分。遮蔽層204(不透光區(qū))的形成方法是在透明底材200上覆蓋一層金屬層。然后，再通過圖案定義，用裸露出部份的透明底材200(透光區(qū))，形成如圖2B所示的第二線/間距光罩205。其中，第二線/間距光罩的遮蔽層204(不透光區(qū))與裸露出部份的透明底材200(透光區(qū))為彼此平行的線形構(gòu)形。
之后，曝光第一線/間距光罩，將第一線/間距光罩的第一圖案影像投影于芯片100的負(fù)光阻上。接著，再重復(fù)曝光第二線/間距光罩，將第二線/間距光罩的第二圖案影像投影于芯片100的負(fù)光阻上。其中，第一圖案影像與第二圖案影像相互交錯垂直，以在芯片100的負(fù)光阻上形成一所需的接觸窗開口圖案102，如圖1所示。
圖3所表示的是依照本發(fā)明一較佳實施例，一種縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝的流程圖。圖4A至圖4D所表示的是依照本發(fā)明一較佳實施例，一種縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝的制造流程剖面示意圖。
請同時參照圖3與圖4A至圖4D，首先提供一涂布有負(fù)光阻的芯片400(步驟300)。接著，利用如圖2A所示的第一線/間距光罩將第一影像(image)曝光投影于涂布有負(fù)光阻的芯片400上，以產(chǎn)生如圖4B所示的由縱向曝光區(qū)域402與光阻區(qū)域404相互交錯排列且相互平行所形成的第一圖案(步驟302)。其中，曝光區(qū)域402相對應(yīng)于圖2A所示的第一線/間距光罩的裸露出部份的透明底材200(透光區(qū))，而光阻區(qū)域404相對應(yīng)于圖2A所示的第一線/間距光罩的遮蔽層202(不透光區(qū))。
之后，再利用如圖2B所示的第二線/間距光罩將第二影像重復(fù)曝光于先前已經(jīng)形成有第一圖案的芯片400的負(fù)光阻上(如圖4B)，以產(chǎn)生如圖4C所示的由橫向曝光區(qū)域406與光阻區(qū)域408相互交錯排列且相互平行所形成的第二圖案(步驟304)。其中，曝光區(qū)域406相對應(yīng)于圖2B所示的第一線/間距光罩的裸露出部份的透明底材200(透光區(qū))，而光阻區(qū)域408相對應(yīng)于圖2B所示的第一線/間距光罩的遮蔽層204(不透光區(qū))。
而且，由于經(jīng)重復(fù)曝光后的第一圖案與第二圖案相互交錯垂直，使得第一圖案與第二圖案相互組合而成的接觸窗開口圖案得以在負(fù)光阻上形成所需的接觸窗開口圖形。換句話說，縱向光阻區(qū)域404與橫向光阻區(qū)域408交錯重疊的部分即為后續(xù)步驟所欲形成接觸窗開口的裸露區(qū)410。其中，第一線/間距光罩與第二線/間距光罩的線距寬(pitch)與尺寸取決于所欲形成的接觸窗開口的長度(length)及寬度(width)。
最后，將上述轉(zhuǎn)印有接觸窗開口圖案的負(fù)光阻經(jīng)顯影之后，就形成如圖4D所示的具有接觸窗開口圖形的格狀光阻圖案412(步驟306)。而圖4C所示的裸露區(qū)410的負(fù)光阻將被去除，形成一接觸窗開口區(qū)域414。
本發(fā)明利用兩個不同線/間距光罩的線形圖案在重復(fù)曝光后相互交錯垂直，獲得相互組合而成的接觸窗開口圖案，而在負(fù)光阻層上形成所需的接觸窗開口圖形。且由于第一線/間距光罩與第二線/間距光罩的線距寬與尺寸取決于所欲形成的接觸窗開口的長度及寬度，并可任意的調(diào)整，所以本方法不但可增加工藝裕度，且可利用精確地控制線/間距光罩的線距寬，進而降低接觸窗開口的關(guān)鍵尺寸。
此外，隨著整個半導(dǎo)體工業(yè)的組件集成度增加，是否能繼續(xù)往0.15μm以下更小的線寬推進，也決定于微影工藝技術(shù)的發(fā)展。為了適應(yīng)這一需求，一些提高光罩分辨率的方法被不斷地提出來，例如光學(xué)鄰近校正法(optical proximity correction，OPC)、相移式光罩(PSM)、偏軸式照明(Off-Axis Illumination，OAI)等。
因此，本發(fā)明的線/間距光罩除了可采用公知技術(shù)的方法形成外，亦可運用強相移式光罩或弱相移式光罩制成，以進一步提高曝光機的分辨率，而降低接觸窗開口的關(guān)鍵尺寸。
另外，由于圖案轉(zhuǎn)移時所造成的誤差不容忽視，例如在曝光后的后續(xù)工序會因為圖案轉(zhuǎn)移所產(chǎn)生的誤差而造成過度蝕刻、連線的導(dǎo)通不佳等結(jié)果。故一般在作鄰近式的圖案轉(zhuǎn)移時，通常會先將原始圖案通過光學(xué)鄰近校正之后，再將這一通過校正后的圖案作為光罩圖案。
其中OPC的目的是用來消除因鄰近效應(yīng)所造成的關(guān)鍵尺寸(criticaldimension；CD)偏差現(xiàn)象。鄰近效應(yīng)(proximity effect)是在做光罩圖案的轉(zhuǎn)移時，影響其在芯片表面上投影關(guān)鍵尺寸準(zhǔn)確度最大的因素。此種效應(yīng)如下所述，當(dāng)光束透過光罩上的圖案投影在芯片上時，一方面由于光束會產(chǎn)生繞射與散射現(xiàn)象而使得光束產(chǎn)生扭曲(opticaldistortion)。另一方面，光束會透過芯片表面的光阻層(photoresist)經(jīng)由芯片的基底再反射回來，產(chǎn)生干涉的現(xiàn)象，因此會重復(fù)曝光，而改變在光阻層上實際的曝光量。此種現(xiàn)象當(dāng)工藝的關(guān)鍵尺寸越小時越明顯，尤其當(dāng)其關(guān)鍵尺寸接近于光源的波長時。
由于投射光所產(chǎn)生的繞射與散射現(xiàn)象，使得光阻角落處皆被圓弧化了，而且尺寸也被縮小了。另外還有其它在此未被示出的可能的圖形扭曲，例如當(dāng)圖案的密度很大時，圖案會融合在一起，或者是圖案的位置可能會因此偏離應(yīng)有的位置。于是一般的補償作法，即在光罩的遮蔽區(qū)的角落或邊緣之處增加其遮蔽面積以校正圖案扭曲，以獲得近似預(yù)想的圖案。
因此，本發(fā)明可利用光學(xué)鄰近校正法校正兩線/間距光罩圖案，以獲得更大的工藝裕度及更精確的圖案。
再者，本發(fā)明可以利用傳統(tǒng)式的照光方式曝光兩線/間距光罩，亦可以利用偏軸式照明(Off-Axis Illumination，OAI)的新微影技術(shù)曝光兩線/間距光罩。其中，偏軸式照明系借著對照射光源入射角度的改進，利用一較適當(dāng)?shù)钠苯嵌绕毓鈨删€/間距光罩，就可以不需使用新的光源，即可改善聚焦，進而提高曝光機的分辨率，以獲得更精確的圖案。
綜上所述，本發(fā)明的特征在于利用兩個不同線/間距光罩的線形圖案于重復(fù)曝光后相互交錯垂直，獲得相互組合而成的接觸窗開口圖案，而得以較簡便的方法在負(fù)光阻上形成所需的接觸窗開口圖形，以及達到縮小接觸窗開口尺寸的目的。
雖然本發(fā)明已以一較佳實施例說明如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更新和變換，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)以權(quán)利要求書限定的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝，包括涂布光阻于芯片上、曝光形成接觸窗開口圖案、顯影接觸窗圖案的光阻，其特征在于該涂布光阻是負(fù)光阻；曝光包括以下過程①曝光一第一線/間距光罩，以將該第一線/間距光罩的一第一圖案投影在該負(fù)光阻上；②曝光一第二線/間距光罩，以將該第二線/間距光罩的一第二圖案投影在形成有該第一圖案的該負(fù)光阻上，其中該第一圖案與該第二圖案于該負(fù)光阻上共同組成一接觸窗開口圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝，其特征在于該第一圖案為相互交錯排列且相互平行的線形構(gòu)形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝，其特征在于該第二圖案為相互交錯排列且相互平行的線形構(gòu)形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝，其特征在于該第一圖案與該第二圖案相互交錯垂直，以形成該接觸窗開口圖案。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝，其特征在于該第一光罩與該第二光罩的線距寬與尺寸取決于所欲形成的接觸窗開口的長度及寬度。
6.一種微影工藝，用以定義一接觸窗開口的圖案，其適用于一涂布有一負(fù)光阻的芯片，包括曝光形成接觸窗開口圖案、顯影該具有接觸窗開口圖案的負(fù)光阻，其特征在于曝光包括以下過程①將一第一光罩的一第一圖案曝光投影于該負(fù)光阻上；②將一第二光罩的一第二圖案曝光投影于該負(fù)光阻上，其中該第一圖案與該第二圖案于該負(fù)光阻上共同組成一接觸窗開口圖案。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微影工藝，其特征在于該第一光罩與該第二光罩包括線/間距光罩。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微影工藝，其特征在于該第一圖案為相互交錯排列且相互平行的線形構(gòu)形。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微影工藝，其特征在于該第二圖案為相互交錯排列且相互平行的線形構(gòu)形。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微影工藝，其特征在于該第一圖案與該第二圖案相互交錯垂直，以形成該接觸窗開口圖案。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微影工藝，其特征在于該第一光罩與該第二光罩的線距寬與尺寸取決于所欲形成的一接觸窗開口的長度及寬度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝。是利用兩個不同線/間距光罩的線形圖案,在重復(fù)曝光后相互交錯垂直,獲得相互組合而成為接觸窗開口圖案,而得以在負(fù)光阻層上形成所需的接觸窗開口圖形。由于本方法可精確地控制線/間距光罩的線距寬,因而可以降低接觸窗開口的關(guān)鍵尺寸。所以,本發(fā)明的縮小接觸窗開口尺寸的微影工藝可以避免組件集成度增加,在工藝上所造成的困難度與限制。
文檔編號H01L21/027GK1379445SQ01110318
公開日2002年11月13日 申請日期2001年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月3日
發(fā)明者王立銘, 蔡高財 申請人:華邦電子股份有限公司